水温控制系统模拟电子

1、目 录AbstrctII1绪论12设计内容及要求22.1 设计的目的及主要任务2 2.1.1 设计的目的2 2.1.2 设计任务及主要技术指标22.2 设计思想23 设计原理及单元模块设计33.1设计原理及方法33.2单元模块设计3电源模块33.2.2温度传感器模块33.2.3放大器模块4比较器模块6继电器模块7加热模块93.3电路的安装与调试10 3.3.1电路的安装10电路的调试104电路的仿真115电路的特点及改进126 课程设计心得及体会13参考文献14附录I 元件清单15附录II整体电路图16摘要本文主要采用电压比较器对继电器的控制实行对水温的控制。主要运用了模拟电子技术基础中的比例

2、放大器，电压比较器，继电器的相关知识。本设计实现了温度的测量和对水温的控制，具有较好的可行性和实用性。信号通过LM35温度传感器输入转化为电信号，在经放大器放大后与设定的电压值比较，输出正电压或负电压来实现电路的通断，间接控制继电器的工作，实现温度控制。关键词：LM35温度传感器，比较器，继电器等。Abstract This paper adopts voltage comparator to relay control of temperature control of practice. Mainly used for simulating electronics proportion o

3、f amplifiers, voltage comparator, related knowledge of relays. The design and implementation of a temperature measurement and control of temperature, good feasibility and practicality. By LM35 temperature sensor signal input into electrical signals in the amplifier amplification, and set the voltage

4、 output voltage, negative or positive to realize the circuit, indirect control relay, realize temperature control.Keywords: LM35 temperature sensor, the comparator, relays, etc.1 绪论人类社会已经进入信息化时代，信息社会的发展离不开电子产品的进步。随着我国科学技术势力不段提高，以及世界科学水平也在飞速发展。大规模集成电路再不同的领域也越来越被利用，不论在工业，还是在其他方面都起着举足轻重的作用。其中将其他信号通过传感器

5、转化为电信号处理的产品也是层出不穷。本设计就是通过温度传感器将温度信号转化为电信号来控制温度。水温控制系统的电路有很多种，这次设计是基于模拟电子技术基础上的电路。其原理框架如图1-1：图1-1我设计的水温控制系统电路图的原理就是基于上述过程。下面是我的设计内容。2 设计内容及要求2.1设计的目的及主要任务2.1.1设计的目的温度控制器是实现可测温和控温的电路，通过对温度控制电路的设计安装和调试了解温度传感器的性能，学会在实际电路中的应用。进一步熟悉集成运算放大器的线性和非线性的应用。2.1.2 设计任务及主要技术指标要求设计一个温度控制电路，其主要技术指标如下：（1）测温和控制温度 测量范围

6、室温100 oC（2）控温精度 ：±1 oC（3）控温通道输出为双向晶闸管或继电器，一组转换触点为市电（220V，10A）2.2设计思想本设计要将水温转化成电信号才能控制。所以采用温度传感器来转化温度，经适当放大后与设定的电压比较，设定的电压就代表特定的温度值。当实际温度高于设定温度时，控制电路停止加热；当实际温度高于设定温度时，使电路接通加热。这样就能自动控制温度在某个值或小范围波动。3 设计原理及单元模块设计3.1 设计原理及方法根据绪论中的原理方框图，该设计问题可分为温度传感器模块，放大器模块，比较器模块，继电器模块，加热模块。由于电路中含有运算放大器，需接入±12V

7、直流稳压电源，所以电源模块也可算在其中。3.2 单元模块设计电源模块本设计的电源电路采用固定集成稳压源电路输出±12V电压。稳压源电路如图3-2-1-1：图3-2-1-1这是一个用集成稳压器输出的稳压源电路，LM7812和LM7912是集成稳压器，分别控制输出±12V直流电压。电源接220V交流电后经变压器后变为18V左右的交流电，再经桥式整流后滤波，此时的电压不稳定，经上述集成稳压器后就能得到较稳定的电压。3.2.2 温度传感器模块本设计选用LM35温度传感器连转化温度。LM35的输出电压与摄氏温度呈线性关系，转换公式为：oCToC在0时输出为0V，每升高1输出电压增加1

8、0mV,LM35的外观如图所示图3-2-2-1图3-2-2-2常温下LM35不需要额外的校准处理即可达到±1/4的准确率。此设计采用单电源供电，在25下的静默电流约50，非常省电，并且无散热问题，精度非常高。并且输入电压宽，从4V到30V都可以。所以选择LM35很合适。 放大器模块放大器和比较器均要用到运算放大器，这里采用LM324集成运放。LM324是4个运算放大器的集成器件，这个设计中选择其中的两个使用。LM324的接线图如图3-2-3-1：图3-2-3-1图3-2-3-2下面说明放大器的原理：此设计用正相比例放大器，使输出时正电压，考虑到控制的温度是室温到80 oC，所以取放大

9、器的放大倍数为10倍（即温度缩小10倍）比较合适。正相比例放大器的原理图如图3-2-3-3：图3-2-3-3由运放的“虚短”“虚断”的性质有这里取R=10K，则R=90 K，因为电源电压为12V，保持10倍放大，则设定的电压值与温度的转换关系就为10 倍，比较容易控制和调节。实际中取R=90.9 K。3.2.4 比较器模块这里采用简单的单门限电压比较器，使用的运算放大器为LM324中的一个。电路图如图3-2-4-1：图3-2-4-1图3-2-4-1中1接放大器的输出电压作为比较器的输入电压，3接输出电压。此时放大器工作在非线性状态，输出电压只有正或负两种饱和值。这种情况下运算放大器的输入端“虚

10、短”不再适用。当时，=12V，当时，=。这种情况下，运算放大器的“虚短”仍然可用，则有所以可以通过调节滑动变阻器来控制的值。图中增加R=5 K的电阻，是为了控制的最大值不超过8V，即设定的温度值不超过80 oC。当滑动变阻器的接入电阻为0时，取=10K，R=5K即可达到要求。3.2.5 继电器模块继电器是可以高温控制低温的器件，其内部构造及工作原理如图3-2-5-1：图3-2-5-1当低压电源端开关接通后电磁铁由于电流产生磁性，吸住磁铁使高压电源的开关接通，实现了低压控制高压。下面要解决的问题就是怎样在电路中实现低压电源端的开关自动打开和闭合。考虑到比较器的输出电压为正或负的12V，就可想到二

11、极管的单向导电性。因此可以用二极管来代替自动开关的作用。使用发光二极管能够看到电路的通断。继电器模块的电路图如图3-2-5-2：图3-2-5-2图中Port端接比较器模块的输出电压作为此电路的输入电压，当输入电压为+12V时，发光二极管导通，当输入电压为时，发光二极管截止。接入三极管的目的是放大电流信号，使继电器能正常工作。由于发光二极管的导通电流与三极管的基极电流不匹配（发光二极管的导通电流大一些），故需要在发光二极管的负极接一个电阻，与基极电阻并联，这样流入基极的电流就变小，使三极管能正常工作。一般取R=10K，实际的发光二极管正向导通时有2V的压降，所以发光二极管正向导通时负极的电位约为

12、10V，流过的电流约为6mA。三极管的基极电流为量级，所以与基极并联电阻R=2K即可。继电器选取的是额定电压为12V的常开型型号。即在无电流通过继电器时，继电器高压端开关打开，加热电路不工作，当有一定的电流通过时，继电器产生磁性使高压端开关闭合。普通二极管的作用是保护继电器不因电流反流时烧坏。3.2.6 加热模块加热电阻是很简单的加热器串联电路，加热电路中串联保险丝防止电流过大产生危险。电路图如图3-2-6-1：图3-2-6-1 Port端接220V市电即可。继电器电路自动控制开关的闭合。3.3电路的安装与调试3.3.1 电路的安装由于电路中用到了集成块，所以电路的焊接时空间不是很大，要注意布

13、线的规则。LM35焊接时，最好用三根导线接出，这是因为LM35是要与加热电路中的电热丝放在一起。LM324中要用到其中的两个运算放大器，最好选用接头为5/6/7和8/9/10的两个运放。在两边分别安装比例运放的电阻和比较器的电阻。继电器的开关端也要用导线引出接电热丝。最后将所有的+12V端，GND端，端分别连在一个节点并用导线引出接电源。电路焊接时，注意LM35，LM324，三极管的管脚，发光二级管和普通二极管的极性。3.3.2 电路的调试电路焊好后，接通稳压电源（先不要接通发热电路得电源，注意安全）。用万用表测量LM35输出端的电位，设为V，则有用万用表测量比较器正向输入端的电压，现在的室温

14、在15oC左右，调节滑动变阻器，当比较器的v为1.5V以上时，就能观察到很容易就能观察到发光二极管灯亮，这时用万用表测继电器的开关的两端电阻，发现接近0，表明此时开关闭合（若接通加热电路，则加热电路工作）；加热温度传感器，很快就可以观察到二极管熄灭，并能听到开关动作的声音，再测继电器开关端电阻，应是无穷大，表明开关断开（若接通加热电路，则加热电路不工作）。4电路的仿真图4-1和图4-2是电路及其仿真图（不包括温度传感器和继电器模块）图4-1图4-25 电路的特点及改进这个设计结构简单，设计中用到了LM35和LM324集成块，主要运用了模拟电子技术基础中的放大器和比较器的知识，耗材小，省电，安全

15、。基本都能达到预想的目标。这个电路也存在改进的地方。本设计没有结合单片机的自动调节，还有在设定温度时需要用万用表测量电压，如果有数码管的话就可以直接显示所调电压（即温度）的值，那样的话会更方便。6 课程设计心得和体会此次课程设计考查了我们的设计电路的能力和动手能力。从中我学到了很多东西。设计上的电路在实际中运用可能不是像仿真那样理想，由于购买元件的误差及元件的大小在实际中比没有很好的匹配，所以按照设计的电路焊出来的实物在调试过程中遇到了一些问题，但我都一步一步地解决了。由于是第一次课程设计，所以花的时间很多。通过这次课程设计，我学会了如何使用仿真软件Protel和Multisim，进一步巩固了

16、电路的焊接能力。最重要的是通过这次课程设计我深深体会到能把所学的知识运用到实践中才是真正掌握。这次的课程设计时间有些仓促，我们刚学完模电的相关知识就运用到电路中，刚开始觉得很难，相关的知识掌握得不到位，但随着设计的深入，发现所学的知识在我设计的电路中得到了很好的运用，在课程设计的同时，巩固和掌握了现学的知识，这才是设计的目的。特别是在电路调试成功的那一刻，出现了我所预料的现象，着实让我高兴了一番，自己所设计的东西没有白费，并且从中获得了知识，是一件很开心的事。这只是一次简单的课程设计，只是一个开始，设计的东西在实际中的运用还尚欠缺，但从中我学到了遇到困难要解决，不能浮躁，要静心，耐心，细心的做事，坚持下去，总能看到成功的曙光的。参考文献1 吴友宇模拟电子技术基础. 北京：清华大学出版社, 2009 年05 月2 全国大学生电子设计竞赛组委会. 全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编.北京：北京理工大学出版社, 2004 年01 月3 华中科技大学电子技术课程组 电子技术基础 高等教育出版社